王 苗，彭 立

（東北師范大學 計算機科學與信息技術學院，吉林 長春130117）

本文試圖將移動智能終端與數(shù)字化學習相融合，以帶有多傳感器的智能手機在高中物理實驗的數(shù)字化學習為例探究移動智能終端應用于數(shù)字化學習的優(yōu)勢及其應用前景。

一、移動智能終端在數(shù)字化學習中應用的可行性

移動智能終端以用戶為中心，向著更加智能化、環(huán)保化、云化以及和其他領域融合化方向發(fā)展[1]。以帶有多傳感器的智能手機為例，移動智能終端應用于教育教學領域具有如下優(yōu)勢：

1.普及性

《2011-2012年中國智能手機市場研究報告》數(shù)據(jù)顯示：2011年中國手機市場中智能手機進一步普及，全年的整體關注比例達到了81.8%，智能手機的關注比例超過八成，較2010年提高了14.7%之多，預計2012年將會超過九成[2]。

2.易操作性

智能手機的多觸點交互技術打破了傳統(tǒng)計算機鼠標鍵盤的束縛，無需鼠標鍵盤作為中介進行繁瑣的輸入，即可達到人機交互的目的。由于知識的遷移性，有傳統(tǒng)芯片手機體驗的學習者很容易操作智能手機，不需要學習操作流程，節(jié)省了大量的時間和精力。

3.多重感知性

傳感器技術在智能手機中的應用，使得智能手機能夠從不同維度獲取學習者以及周圍環(huán)境中的各種信息，包括通過視覺、觸覺、聽覺、味覺來獲取。[3]智能手機內(nèi)置的多種傳感器從外界探知的信息經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)化為學習者可識別的物理信號，傳遞到屏幕上，供學習者學習。從而實現(xiàn)了智能手機與學習者之間多種維度的自然交互。

4.開放性

（1）操作系統(tǒng)的開放性。操作系統(tǒng)的開放性為學習者提供海量的數(shù)字化學習資源；開放式操作系統(tǒng)通過開放其應用程序編程接口以及外部函數(shù)來接受外部的程序，第三方可以根據(jù)已有的程序通過接口安裝更多的應用程序，不斷的完善智能手機操作系統(tǒng)的功能，使智能手機的功能得到無限的擴充，從而實現(xiàn)更加豐富多彩的用戶體驗。

（2）程序的開源性。智能手機操作系統(tǒng)程序源代碼開放，使得設備具有良好的拓展性，可以拓展程序的功能；學習者可以根據(jù)個人的需要自行開發(fā)數(shù)字化的學習資源，不斷完善程序；程序的開源性使得智能手機操作系統(tǒng)不僅能夠滿足學習者簡單的訪問，而且能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的人機交互，甚至完全可以將手機操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，開發(fā)出更加豐富的功能。

5.多觸點交互性

移動智能終端的多觸點交互技術允許單個用戶或多個用戶通過手勢與交互界面進行對話[4]。移動智能終端沒有繁瑣的輸入輸出設備，多觸點觸摸屏將鼠標、鍵盤等輸入設備以及顯示屏輸出設備融為一體，輸入信息無需中間設備即可呈現(xiàn)反饋結果交互自然、便捷。極大地方便了學生之間的協(xié)作學習，能夠滿足多個學生共同合作完成同一學習任務。

二、移動智能終端在數(shù)字化學習中應用的必要性

麥克魯漢認為：任何媒體設備都是人體的延伸，都在試圖延伸人體的某些器官及其機能，筆是手的延伸，書是眼的延伸，電視是眼和耳的延伸[5]。將帶有多傳感器的移動智能終端引入到數(shù)字化學習中，與數(shù)字化學習相融合，具有極大的必要性，為學習者自主探究，分析問題，解決問題提供強有力支持。移動智能終端能夠?qū)崿F(xiàn)與學習者進行方便、快捷、準確、人性化的信息交互體驗，同時也為移動學習、泛在學習的手段帶來全新的技術變革。

我們通過文獻調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以往有關于智能終端運用于教學實驗的文獻，大都集中于智能終端與計算機以相配合輔助教學，這些終端設備體積龐大、操作復雜，中小學生未經(jīng)培訓很難獨立使用。以智能手機為代表的移動智能終端將多種傳感器內(nèi)置到設備中，體積精小攜帶方便，操作簡單，學習者可以實驗前在智能手機上安裝數(shù)據(jù)處理軟件，這樣采集信息、處理分析信息、呈現(xiàn)信息這一過程一氣呵成，完全自動化，無需學習者介入，而且數(shù)據(jù)準確，誤差非常小，節(jié)省學習者大量的時間和精力，使其將全部精力投放在實驗結果的分析中。

三、基于移動智能終端的數(shù)字化學習（以基于移動智能終端的“實驗：探究加速度、力與質(zhì)量的關系”的數(shù)字化學習為例）

以智能手機為工具，QQ群為平臺，展開的人民教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書《物理必修1》中的第四章第二節(jié)“實驗：探究加速度、力與質(zhì)量的關系”一課為例，探討移動智能終端在數(shù)字化學習中的應用。

在基于智能終端的數(shù)字化學習中，教師的角色發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，由課堂的主宰者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生知識建構的促進者、引導者，在數(shù)字化學習中更加注重學生的主體地位，基于智能終端的數(shù)字化教學過程恰好體現(xiàn)了 “以學習者為中心”、“教師主導，學生主體”的理念。整個多終端的數(shù)字化學習過程是在QQ群中展開的，教師和學生首先通過移動智能終端同步登陸QQ群，數(shù)字化學習活動在此平臺中展開，整個數(shù)字化學習過程分為課前、課中、課后三個階段，具體的環(huán)節(jié)如圖1所示。任何一個階段師生、生生之間都可運用多傳感器的智能手機進行雙向?qū)崟r的連續(xù)性的信息交互，移動智能終端的多觸點交互技術有利于師生、生生之間建立起良好的互動關系，便于信息的及時反饋，輔助學生提高數(shù)字化學習的效率、效果、效益。

圖1 基于移動智能終端的

1.課前階段

（1）在線考勤。移動智能終端的圖像傳感器技術能夠鑒別出被攝物體細微的差別，提供面部識別以及真人識別的功能，能夠清晰的分辨出攝像頭對面是否是學習者本人而不是他人，是真人而不是一張照片。在本節(jié)課的學習中教師運用移動智能終端的視頻功能與學習者進行視頻通話，對學習者進行在線考勤，有效地防止學習者“逃課”現(xiàn)象。在線測試環(huán)節(jié)中，能夠防止替考代考現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）作業(yè)檢查。物理是以實驗為基礎的課程，而課堂時間有限，教師無法面面俱到，某些與課堂實驗相關的典型實驗只能由學習者在課下獨立完成。移動智能終端協(xié)助學習者完成實驗同時能將整個實驗過程完美的記錄下來，課前分享到QQ群中，教師可以對學習者的實驗過程進行檢查，便于個別指導和評價，更能體現(xiàn)以“以人為本”“學習者為中心”，注重學習者的個性化發(fā)展。

（3）制定計劃。制定計劃是學習新課之前需要準備的重要的環(huán)節(jié)，數(shù)字化學習中制定計劃尤為重要，是整個學習過程得以實施的動力。在學習“實驗：探究加速度、力與質(zhì)量的關系”一課之前，教師將本節(jié)課的學習計劃（用比較法測量加速度；控制變量法探究加速度與質(zhì)量、力的關系；掌握利用圖像處理軟件數(shù)據(jù)的方法）通過移動智能終端發(fā)布到群共享里，供學習者參考。

（4）安裝相關軟件。為了使本節(jié)課有效的進行，課前教師將本節(jié)課用到的相關軟件共享到QQ群平臺，學習者自行下載安裝到智能手機中。本節(jié)課需要安裝的軟件有QQ客戶端、虛擬實驗動畫、3D賽車游戲、滑雪游戲、超音速飛行游戲、數(shù)據(jù)處理軟件。

2.課中階段

（1）創(chuàng)設情境（5分鐘左右）。教師和學習者同時進入3D賽車游戲，通過改變智能手機的角度即可實現(xiàn)前進、后退、轉(zhuǎn)彎、加速、減速等動作而不需要控制方向鍵。學習者猶如在現(xiàn)實的場景中一樣，親近感極強。3D賽車游戲使學習者對加速度有了深刻的體驗，為引出加速度與力、質(zhì)量的關系做好鋪墊。

（2）提出假設（2分鐘左右）。3D賽車游戲體驗之后，學習者能夠認識到要想使賽車加速就要為賽車提供更大的牽引力，在牽引力相同的情況下，載有副駕駛的賽車要比無副駕駛的賽車提速慢，那么我們可以提出如下假設：加速度a和力F有關；加速度a和質(zhì)量m有關，它們之間存在什么關系呢，以下實驗來進一步驗證。

（3）演示實驗（15分鐘左右）。演示實驗由教師完成，學生通過QQ群的實時視頻觀看整個過程。將智能手機放入一輛勻加速行駛的車，移動智能終端的加速度傳感器能夠準確的測量出此時車的加速度并且能夠以可識別的物理量形式呈現(xiàn)到屏幕上，學習者可以一目了然的看到車的加速度a1，同時記錄此時車內(nèi)牽引力測試儀中的牽引力F。預先測定光滑路面的摩擦系數(shù)μ，由于對水平路面正壓力N即車的重力G，可由汽車重量檢測秤測得，摩擦力f=摩擦系數(shù)μ*正壓力N，水平線上的合力F1=F-f。采用控制變量法，保持質(zhì)量不變，多次改變加速度，分別記錄加速度和合力的值。

在傳統(tǒng)的課堂中，做加速度a與力F、質(zhì)量m關系的實驗需要打點計時器、紙帶、小車、帶有滑輪的長板、繩子等實驗器材，實驗器材繁多而且操作起來繁瑣，誤差大，不利于得出結論，而移動智能終端則可輕松的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)真實可靠，誤差極小。移動智能終端將物理實驗搬出實驗室，引入到真實的生活情境中，有利于培養(yǎng)學生形成“理論知識源于生活，用于生活”的理念，改變理論與實際運用脫節(jié)的現(xiàn)狀，學以致用，將物理知識置入于生活實踐中。

（4）自主實驗（10分鐘左右）。學生在自己的移動智能終端中通過課前安裝的虛擬實驗動畫進行自主實驗。學生有了觀看教師在現(xiàn)實生活中測量加速度與力、質(zhì)量的關系實驗經(jīng)歷，很容易獨立完成實驗。移動智能終端的多觸點交互技術能夠使學生通過拖拽對象輕松改變小車的質(zhì)量；虛擬試驗中可以提供不同摩擦系數(shù)的平面來改變摩擦力的大??；牽引力的大小也可以隨時改變，學生模仿老師采取控制變量法采集多組數(shù)據(jù)。

（5）數(shù)據(jù)分析（8分鐘左右）。傳統(tǒng)的實驗需要人工記錄每組數(shù)據(jù)然后繪制關系圖像，描點不準確容易造成誤差。此環(huán)節(jié)的重點是通過圖像探究數(shù)據(jù)之間的關系而不是圖像的繪制，因此在圖像繪制上耗費大量的時間得不償失。移動智能終端支持后臺運行程序，可以同時處理并發(fā)進程，由實驗得出的數(shù)據(jù)可以及時的導入預先安裝的數(shù)據(jù)處理軟件中，自動化的生成m一定時a-F、F一定時a-m的關系圖像。通過圖像可以得出：當m一定時，隨著牽引力F的勻速增大加速度a也增大；力F一定時，隨著質(zhì)量m的增大，車的加速度a隨之減小。

（6）得出結論（2分鐘左右）。以事實說話，通過對圖像的客觀顯示，學生不難得出如下結論：當質(zhì)量一定是，力與加速度成正比例；當力一定時質(zhì)量與加速度成反比例。

（7）回顧歷程（3分鐘左右）。教師將本節(jié)課的流程發(fā)布到QQ群中，為學習者回顧提供一條主線。首先是情境創(chuàng)設，將學習者引入到完全真實的情境中；接著提出假設：加速度a與質(zhì)量m力F存在一定關系；通過實驗驗證三者之間的關系；數(shù)據(jù)分析得出結論。此環(huán)節(jié)是學生需要掌握的重難點，基于移動智能終端的數(shù)字化學習則可將整個課堂錄制下來，學生根據(jù)個人掌握知識的差異性，選擇性的回放自己薄弱的環(huán)節(jié)，尊重學生個體的差異性，極大地滿足學生個性化學習的需要。

3.課后階段

（1）重溫實驗。“紙上得來終覺淺，絕知此事須躬行”，學生觀看教師實驗對實驗過程有了感性的認識，學習者借助移動智能終端，按照教師設計的實驗方案重新完成教師的實驗，此過程可以通過討論組組建虛擬協(xié)作學習小組，小組成員共同探究實驗交流心得，教師針對學生在討論組中的探究過程出現(xiàn)的問題給出適當?shù)狞c播。每一位學生都可以在自己方便的時間基于自己的移動智能終端重新進行課堂探究性實驗。

（2）自主創(chuàng)新。以課堂實驗為基礎，課后學習者運用移動智能終端展開自主創(chuàng)新實驗?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準（實驗）》中提出：在課程實施上要注重學生的自主學習，高中物理課程應培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考[6]?；谥悄芤苿咏K端的數(shù)字化學使學習者體會到了物理研究過程并不是非常神秘的，每位同學都可以自主開展物理研究，激發(fā)學生的自主創(chuàng)新、探索新知的積極性和主動性。

（3）益智游戲。課后學生可以通過移動智能終端操作一些和本節(jié)課相關的益智游戲，如滑雪游戲、超音速飛行游戲，通過益智游戲進一步體驗加速度與力、質(zhì)量之間的關系，將生命的體驗和樂趣變?yōu)閷W習的目的和手段（祝智庭，2005）。

“實驗：探究加速度力與質(zhì)量的關系”為探究性實驗，安排在牛頓第一定律和牛頓第二定律之間，具有承上啟下的作用，因此本節(jié)課的學習對于知識的銜接以及第三節(jié)牛頓第二定律的學習至關重要，而探究性實驗不同于驗證性試驗，難度性更大，要求學生具有較強的自主學習、探究學習、協(xié)作學習的能力以及物理量的測量、分析、歸納總結的能力。多傳感器技術的移動智能終端恰好能在數(shù)據(jù)的采集、處理以及呈現(xiàn)方面為學生的實驗探究提供了強有力的支持，有助于學習者各方面能力的提高。

四、結束語

移動智能終端傳感器技術進入數(shù)字化教學中能夠營造出一個生動形象的教學環(huán)境，有效地將移動應用技術引入到教師課堂教學，學生自主探究，小組協(xié)作學習以及教學管理中，提高學生掌握知識技能的效率，優(yōu)化數(shù)字化學習過程，變革教學手段，以期達到教育教學效果的最優(yōu)化。

[1]魯帆.移動智能終端發(fā)展趨勢研究[J].現(xiàn)代傳播,2011(11):139-140.

[2]中商情報網(wǎng).2011-2012中國智能手機市場研究年度報告(簡版)[DB/OL].http://tech.hexun.com/2012-01-14/13726 190 8.html.

[3]威爾遜(著),林龍信(譯).傳感器技術手冊[M].北京:人民郵電出版社,2009.

[4]郁曉華,薛耀鋒,祝智庭.多觸點技術的教育應用前景分析[J].中國電化教育,2010(2):107-110.

[5]麥克盧漢.理解媒介——論人的延伸[M].商務印書館,2004.

[6]普通高中物理課程標準(實驗)[Z].http://www.ks5u.com/news/2009-2/10368/.